阅读说明：本技术 一种快速挤压高强度变形铝合金及其制备方法 (Rapid-extrusion high-strength wrought aluminum alloy and preparation method thereof ) 是由 吕正风 隋来智 程仁寨 隋信磊 马旭 肖栋 郑卓阳 王丹 任伟才 付凯 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种快速挤压高强度变形铝合金,是由以下质量百分比的组分组成：Zn:7%-9%；Mg:1%-2%；Cu:1%-3%；Y:0.1-0.5%；余量为Al和不可避免的杂质元素；本发明还提供了高强度变形铝合金制备方法,采用快速挤压方法,操作简单、方便,便于推广应用。本发明通过快速挤压方法制备的Al-Zn-Mg-Cu-Y变形铝合金,在具有较高的强度的同时仍保持较好的延伸率,解决了现有的铝合金挤压加工制备方法中无法采用快速挤压工艺,型材缺陷多等问题,使其加工效率和成品率得以提高。(The invention discloses a rapid-extrusion high-strength wrought aluminum alloy which is composed of the following components in percentage by mass: 7% -9% of Zn; 1 to 2 percent of Mg; 1-3% of Cu; 0.1 to 0.5 percent of Y; the balance of Al and inevitable impurity elements; the invention also provides a preparation method of the high-strength wrought aluminum alloy, which adopts a rapid extrusion method, is simple and convenient to operate and is convenient to popularize and apply. The Al-Zn-Mg-Cu-Y wrought aluminum alloy prepared by the rapid extrusion method has higher strength and better elongation, solves the problems that the rapid extrusion process cannot be adopted in the existing aluminum alloy extrusion processing preparation method, the defects of the section bar are more, and the like, and improves the processing efficiency and the yield.)

一种快速挤压高强度变形铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种含稀土的高强度变形铝合金及其制备方法。

背景技术

铝是轻质的金属结构材料，在汽车上应用日益增多。汽车采用铝合金可以减重，同时减少了尾气排放，因此进行铝合金的研究开发对于节约能源、抑制环境污染有着重要意义。但是，铝合金的强度和耐热性能不佳，严重阻碍其在航空航天、军工、汽车及其它行业中的应用,因此提高铝合金的强度和耐热性能是发展铝合金材料的重要课题。

现有的铝合金主要从限制位错运动和强化晶界入手，通过适当的合金化，通过引入热稳定性高的第二相、降低元素在铝基体中的扩散速率或者改善晶界结构状态和组织形态等手段来实现提高铝合金热强性和高温蠕变抗力的目的。目前，在所有合金元素中，稀土(RE)是提高铝合金性能最有效的合金元素。大部分稀土元素在铝中具有较大的固溶度极限，而且随温度下降，固溶度急剧减少，可以得到较大的过饱和度，从而在随后的时效过程中析出弥散的、高熔点的稀土化合物Al_xRE相。稀土元素还可以细化晶粒、提高室温强度，而且分布在晶内和晶界主要是晶界的弥散的、高熔点稀土化合物，在高温时仍能钉扎晶内位错和晶界滑移，从而提高了铝合金的高温强度同时，稀土元素在铝基体中的扩散速率较慢，这使得添加稀土的铝合金适于在较高温度环境下长期工作。稀土铝合金是重要的铝合金系，具有较高的高温强度和优良的抗蠕变性能。

中国作为稀土资源第一大国，关于稀土铝合金的研究近年来不断增多和深入，稀土铝合金的成功研发将有助于我们利用这一优势。目前的商业耐热铝合金，其存在的主要不足是性能不够稳定，高温时强度下降较多，还不能完全满足其在航空航天、军工、汽车及其它行业中在较宽的作业温度范围下使用时对强度稳定性的更高的要求。

发明内容

针对上述的不足，本发明提供了快速挤压高强度变形铝合金及其制备方法，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种快速挤压高强度变形铝合金，该合金为Al-Zn-Mg-Cu-Y变形铝合金，原料组分及质量百分含量如下：Zn:7%-9%；Mg:1%-2%；Cu:1%-2%；Y:0.1-0.5%；余量为Al和不可避免的杂质元素；制备所用的工业纯铝、镁、锌纯度都在99%以上。

优选地，铜和钇是以质量分数计量，添加时以Al-30wt.%Cu和Al-25wt.%Y中间合金的形式添加。

上述所述的一种快速挤压高强度变形铝合金的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)清理干净合金化坩埚，将其预热至350℃-400℃，将所用原料预热至180℃-200℃，将工业纯铝、锌和镁投入合金化坩埚在710℃-730℃的温度范围内融化成合金液体；

(2)按原料配比，在步骤(1)中得到的合金液体中加入铝铜和铝钇中间合金，在740℃-760℃的温度范围内融化成合金液体；

(3)将在步骤(2)中得到的合金液体，在700℃-720℃静置30-40min，并充分搅拌1-3min，打掉表面的浮渣和氧化皮，得到合金液体；

(4)随后取出合金液体冷却至700℃，将合金液体，浇注至预热到250℃-300℃的铁模中，制备出铸锭；

(5)均匀化处理：将步骤(4)所制备的铸锭，在300℃-330℃的条件下保温8-10h，经1h升温到550℃-580℃，保温8-16h，然后水淬，得到均匀化处理的试样；

(6)挤压：将步骤(5)所均匀化处理后得到的铝合金铸锭，车皮之后放入电阻炉中在500℃-550℃下预热2h，在模具型腔和顶杆涂覆上润滑剂，在400-500℃下放入挤压机进行挤压成型；即可得到高强度变形铝合金。

优选地，模具型腔和顶杆所涂覆的润滑剂为聚乙烯蜡。

优选地，采用直接加热快速挤压工艺，挤压比为10:1，挤压速度为10m/ min。

附图说明

图1：实施例2制备的挤压合金金相图。

图2：对比例1制备的挤压合金金相图。

有益效果

1.本发明所提出的Al-Zn-Mg-Cu-Y合金是一种新型含稀土铝合金，采用的合金化元素都是价格低廉的金属。在Al-Zn-Mg-Cu合金系中，强化相为AlZnMgCu和MgZn₂，添加稀土Y后还形成了Al6Cu6Y和Al₃Y相，因此合金化元素的添加对合金起到固溶强化和第二相强化的双重结果。经过热挤压后制备出具有较高强度的铝合金型材。

2.本发明采用较为简单的快速挤压的加工工艺，通过合理调控预热温度和挤压温度，实现快速、大挤压比挤压加工，挤压速度最高可达10m/min，平均挤压比10:1，挤压型材表面平整光洁，没有明显的缺陷和裂纹，致密度高。所获得的挤压合金强度超过大部分的7系列变形铝合金。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

(1)按照质量百分比称取合金原料：Zn:7%；Mg:1%；Cu:1%；Y:0.1%；余量为Al和不可避免的杂质元素。

(2)清理干净合金化坩埚，将其预热至350℃-400℃，将所用原料预热至180℃-200℃，将工业纯铝、锌和镁投入合金化坩埚，在710℃-730℃的温度范围内进行熔炼，待全部融化后，加入铝铜和铝钇中间合金，在740℃-760℃的温度范围内进行熔炼；待原料完全融化后将熔体在720℃静置30min，并充分搅拌1-3min，打掉表面的浮渣和氧化皮。随后取出熔体冷却至700℃，在气体保护的条件下浇注至预热到250℃-300℃的铁模中，制备出铸锭。

(3)将所制备的铸锭在350℃保温10h后，经1h升温到550℃，保温8h，然后水淬，得到均匀化处理的试样；

(4）将均匀化处理后的铸锭，车皮之后在520℃下预热2h，在模具型腔和顶杆涂覆上聚乙烯蜡，在500℃下进行挤压；挤压比为10:1，挤压速度为10m/min，制备出挤压型材。

实施例2

本实施例与实施例1不同的是：按照质量百分比称取合金原料：Zn:8%；Mg:1.4%；Cu:1.4%；Y:0.3%；余量为Al和不可避免的杂质元素。

实施例3

本实施例与实施例1不同的是：按照质量百分比称取合金原料：Zn:8.5%；Mg:1.6%；Cu:1.6%；Y:0.3%；余量为Al和不可避免的杂质元素。

实施例4

本实施例与实施例1不同的是：按照质量百分比称取合金原料：Zn:9%；Mg:1.8%；Cu:1.8%；Y:0.4%；余量为Al和不可避免的杂质元素。

实施例5

本实施例与实施例1不同的是：按照质量百分比称取合金原料：Zn:9%；Mg:2%；Cu:2%；Y:0.5%；余量为Al和不可避免的杂质元素。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

取上述实施例1-5铝合金棒材进行室温拉伸性能测试，实验结果见表1。

表1本发明所述高强度变形铝合金的室温力学性能

1. 合金	2. 抗拉强度	3. 屈服强度	4. 延伸率
				5. 实施例1	6. 591	7. 485	8. 10.8
9. 实施例2	10. 602	11. 507	12. 9.2
				13. 实施例3	14. 615	15. 508	16. 9.7
17. 实施例4	18. 623	19. 515	20. 9.2
				21. 实施例5	22. 609	23. 512	24. 8.4